CN106460826A - 胚蛋注射装置的流体输送系统 - Google Patents

Abstract

公开了在胚蛋注射装置中实施的流体输送系统，其中流体输送系统包括多个薄膜阀。特别地，流体输送系统包括用于计量出精确体积的处理物质液体的隔膜阀。此外，隔膜阀包括其表面上的某些支座特征，用于在长时间闲置时减少或完全防止隔膜粘附到相邻表面，以及其表面中的流体通道的布置，用于减少或完全防止液体被捕集在隔膜和相邻表面之间。流体输送系统包括有助于优化流动特性的特征。

Description

胚蛋注射装置的流体输送系统

相关申请的交叉引用

当前披露的主题涉及并要求2014年6月13日提交的标题为“Fluid DeliverySystem of an In Ovo Injection Apparatus”的美国临时专利申请号62/011620的优先权；其全部披露内容通过引用方式并入本文。

技术领域

当前披露的主题总的涉及流体输送系统，更具体地涉及在胚蛋注射装置中实施的流体输送系统，其中流体输送系统包括具有抗粘附和流体释放特征的多个薄膜阀。

背景技术

在许多情况下，希望在孵化之前将物质引入活禽蛋中。将各种物质注射到禽蛋中通常被称为“胚蛋注射(in ovo injection)”。这种注射已经用于降低孵化后死亡率，增加潜在生长速率或所得鸟的最终尺寸，甚至影响胚胎的性别确定。类似地，将抗原注射到活鸡蛋中已用于培育在具有人或动物医学或诊断应用的疫苗中使用的各种物质。已经用于或建议用于胚蛋注射的物质的实例包括但不限于疫苗、抗生素和维生素。此外，使用类似的方法和/或设备从禽蛋中移除材料已经用于各种目的，例如试验和疫苗收获。

蛋注射装置(即，胚蛋注射装置)可以包括多个注射设备，其同时或顺序操作以注射多个蛋。注射装置可以包括注射头，注射头包括注射设备，并且其中每个注射设备都与包含待注射的处理物质的源流体连通。胚蛋注射装置通常设计成与商业蛋载体承载器或扁平件(flat)结合操作。与胚蛋注射装置结合使用的蛋扁平件通常包含口袋阵列，其配置成以大致直立的取向支撑相应的多个禽蛋。蛋扁平件通常可以经由自动传送系统传送通过胚蛋注射装置，用于将蛋扁平件对齐在注射头下方以便对由蛋扁平件携带的蛋进行注射。物质的胚蛋注射(以及材料的胚蛋提取)通常通过以下方式进行：刺穿蛋壳以形成开口(例如，通过冲头)，将注射针延伸穿过孔并进入蛋的内部(在某些情况下进入包含在其中的禽胚胎)，并且通过针注入处理物质和/或从其中移除材料。

用于在胚蛋注射装置内实施的流体输送系统可以包括一个或多个薄膜阀，用于控制通过其中的流体的流动和用于控制待注射到蛋中的处理物质的精确数量。然而，关于薄膜阀的可靠操作存在某些挑战。在一个实例中，当闲置了长的时间时(例如，整夜)，膜的一些或全部表面可能粘附到相邻的表面，使得薄膜阀部分地或完全地不可操作并且需要维护。在另一个实例中，当关闭时，液体袋可能被夹在膜和相邻表面之间，因此可能从其中分配的液体量不足。因此，需要在胚蛋注射装置的流体输送系统中实施薄膜阀的新方法。

另外，在流体输送系统中，差的流动特性可能在装置中产生不期望的效果，例如包括来自沿着流体流动路径的药物的蛋白质的积累，这可能导致细菌的生长和药物功效的降低。在其他实例中，当流体通过系统的各个腔室和/或通道时，某些流动特性可能在流体中产生不期望的压力梯度，损坏和/或破坏活细胞和/或流过其中的流体的其他方面。因此，需要新的方法来改进流体输送系统中的流动特性。

发明内容

提供本发明内容以便以简化的形式介绍概念的选择，其将在以下的具体实施方式部分中进一步进行描述。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

根据本发明的一些方面，提供了一种流体输送系统，其可以包括多个泵组件。多个泵组件可以包括通过流体通道互连的薄膜泵和多个薄膜阀。薄膜泵和多个薄膜阀可以进一步包括隔膜，其配置成处于打开和关闭位置中，用于从流体贮存器计量出并分配预定量的流体处理物质，流体贮存器通过流体通道流体地连接到泵组件。薄膜泵和多个薄膜阀还可以包括压力/真空室和弹性薄膜层，其具有用于与压力/真空室的第一基底至少部分接触的底侧。弹性薄膜层还可以包括设置在底侧上的多个支座(standoff)，其配置为用于防止与第一基底的完全接触。

支座可以包括基端和终端。基端可以耦联到弹性薄膜层底侧，支座也可以从基端到终端渐缩，以使得终端的横截面积小于基端。支座也可以是基本上圆锥形或半球形的。

流体输送系统的隔膜可以包括设置在弹性薄膜层的底侧上的流体释放装置。流体释放装置可以被配置为雪花图案。此外，雪花图案可以具有三个分支。此外，支座可以在雪花图案的三个分支之间被图案化。

隔膜的弹性薄膜层可以包括由连接部分包围的隔膜部分。连接部分的厚度可以小于隔膜部分的厚度，并且连接部分可以在打开状态期间接触压力/真空室的第二基底，从而产生计量量一致的被分配的流体处理物质。在一些实施方案中，连接部分可以在厚度上渐缩，从外周上的较小厚度到连接部分耦联到隔膜部分的点处的较大厚度。在某些其他实施方案中，连接部分的厚度可以是基本上均匀的，从而在连接部分和较厚的隔膜部分之间形成台阶。

在一些实施方案中，流体通道可以包括优化的流动特性。优化的流动特性可以包括流体通道内的圆滑弯曲(radius bend)和/或圆滑截面。

流体输送系统还可以包括沿着流体通道的入口/出口端口，所述入口/出口端口是渐缩的以使得进入端口的流体流过直径小于出口直径的入口，从而使边界层最小化，并使从流体流的中心至流体流的外边缘的压力梯度最小化。在一些实施方案中，入口/出口端口还可以包括围绕入口周边的圆滑部(radius)。

附图说明

已经以一般术语这样描述了当前披露的主题，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，其中：

图1是能将处理物质输送到禽蛋中的胚蛋注射输送设备的局部横截面图；

图2是根据本发明一个方面的具有多个注射设备的胚蛋注射装置的侧视图，其中胚蛋注射装置包括流体输送系统；

图3是根据本发明一个方面的目前披露的流体输送系统的一部分的平面图，其示出了包括薄膜阀的泵组件的示例性布置；

图4至图9表示根据本发明一个方面的泵组件的实例和从其分配处理物质的过程的侧视横截面图；

图10A和图10B分别表示处于松弛状态和处于致动状态的泵组件的隔膜泵的侧视横截面图；

图11是隔膜泵的隔膜的实例的透视图，其示出了其上的某些图案化的特征；

图12是包括图11中所示的隔膜的隔膜泵的平面图；

图13是沿图12的线A-A截取的隔膜泵的横截面图；

图14是图11中所示的隔膜的平面图和侧视图，其示出了支座和在其上图案化的流体释放装置的更多细节；

图15是图14的细节B的放大图，示出了流体释放装置的更多细节；

图16是沿图14的线E-E截取的隔膜的流体释放装置的一部分的横截面图；

图17是图15的流体释放装置的细节F的放大图；

图18A、图18B、图18C、图19和图20表示泵组件的输入阀和/或出口阀的实例的各种视图；

图21是一个泵组件的一部分的平面图，其示出了其中的流体路径的更多细节，其中流体路径具有优化的流动特性；

图22是沿图21的线A-A截取的垂直流动路径的实例的横截面图；

图23是一个泵组件的一部分的剖面透视图，示出了其中的流体路径的更多细节；

图24是泵组件的入口端口的实例的侧视横截面图；

图25和图26是具有优化的流动特性的泵组件的入口/出口的另一个实例的侧视横截面图；和

图27是隔膜阀出口流动路径的绘图，其示出了流速流线的实例。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更全面地描述当前披露的主题，其中示出了当前披露的主题的一些但不是全部的实施方案。相同的附图标记在所有附图中代表相同的元件。当前披露的主题可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案以使得本发明满足适用的法律要求。实际上，当前披露的主题的所属领域的技术人员将会想到本文中阐述的当前披露的主题的许多变型和其它实施方案，其具有在前述描述和相关联的附图中呈现的教导的益处。因此，应当理解，当前披露的主题不限于所披露的特定实施方案，并且变型和其它实施方案也应包含在所附权利要求的范围内。

在一些实施方案中，当前披露的主题提供了在胚蛋注射装置中实施的流体输送系统，其中流体输送系统包括多个薄膜泵/阀。特别地，流体输送系统包括隔膜泵/阀系统，其可以用于计量出精确体积的例如处理物质液体。此外，隔膜泵/阀系统内的隔膜泵可以包括其表面上的某些支座特征，用于在长时间闲置时减少或完全防止隔膜粘附到相邻表面，以及包括其表面中的流体释放通道的布置，用于减少或完全防止液体被捕集在隔膜和相邻表面之间。

当前披露的隔膜阀的另一个方面包括流体释放装置，其中该装置包括以例如雪花形图案布置的多个流体通道。

当前披露的隔膜阀的另一个方面是其流体释放装置用于减少或完全防止液体被捕集在隔膜和相邻表面之间。

当前披露的隔膜阀的另一个方面是其流体释放装置还可以在长时间闲置时帮助减少或完全防止隔膜粘附到相邻表面。

此外，当前披露的隔膜阀的另一个方面是从一个致动到下一个致动，隔膜变形量和变形的几何形状基本上相同，从而确保了关于分配精确体积的处理物质流体的可靠性和可重复性。

根据本发明各方面的可用于将物质(特别是诸如油基和水基处理物质的物质)注射到蛋中的示例性胚蛋处理系统是被称为蛋注射装置的系统，其由Embrex股份有限公司(达勒姆，北卡罗来纳州)制造。然而，本发明的实施方案可以与任何胚蛋处理设备一起使用。

现在参考图1，描绘了能将处理物质输送到禽蛋中的胚蛋注射输送设备10的局部横截面图。在该实例中，胚蛋注射输送设备10是Embrex 蛋注射装置的胚蛋注射输送设备。注射输送设备10包括配置成在蛋1的壳中形成开口的冲头11。注射针12可以可移动地设置在冲头11内(即，冲头11可以基本上同心地包围相应的注射针12)，以使得在冲头11在蛋壳中形成开口之后，注射针12可以移动通过冲头11和蛋壳的相应开口至蛋内的注射位置(多个)，以输送其中的一种或多种物质。然而，根据本发明的各个方面，可以使用各种类型的注射输送设备。本发明的各个方面不限于所示的注射输送设备。

在通过图1的注射输送设备10将一种或多种处理物质注射到蛋中之后，或者从蛋中移除材料之后，可以用消毒流体处理冲头11和针12的各部分，例如通过喷射、浸渍和/或允许消毒流体流过针和/或冲头，等等。

如本文所使用的，术语“处理物质”可以指注射到蛋中以实现所需结果的物质。类似地，配量或剂量可以指一个单位的处理物质，意味着用于相应的蛋的一个单位的处理物质。处理物质可以包括但不限于疫苗，抗生素，维生素，病毒和免疫调节物质。处理物质还可以包括设计成用于胚蛋使用的某些疫苗，以对抗可由使用者生产和/或可商购的孵化鸟类中的禽类疾病的爆发。在一些实施方案中，处理物质分散在流体介质例如流体或乳液中，或者是溶解在流体中的固体，或是分散或悬浮在流体中的颗粒。

如本文所使用的，术语“针”或“注射针”可以指被设计成插入蛋中以将处理物质输送到蛋的内部的器械。术语“针”或“注射针”也可以指被设计成插入蛋中以从其中移除材料的器械。许多合适的针的设计对于本领域技术人员将是显而易见的。本文所使用的术语“注射工具”可以指被设计成既刺穿禽蛋的壳又在其中注入处理物质和/或从其中移除材料的设备。注射工具可以包括用于在蛋壳中形成孔的冲头，和通过由冲头形成的孔插入以在胚蛋内注射处理物质的注射针。注射工具、冲头和注射针的各种设计对于本领域技术人员将是显而易见的。

如本文所使用的，“胚蛋注射”可以指在孵化之前将物质放置在蛋内。所述物质可以放置在蛋的胚外区室(例如，卵黄囊，羊膜，尿囊)内或胚胎本身内。实现注射的部位将根据注射的物质和所需的结果而变化，这对本领域技术人员是显而易见的。

现在参考图2，示出了包括图1中所示的多个注射输送设备10的胚蛋注射装置20的侧视图。根据本发明的一个方面，注射装置20可以流体地耦联到流体输送系统100。

根据本发明的多个方面，注射装置20的注射输送设备10可以配置成在多个蛋中注射一种或多种物质。注射装置20可以包括相对于多个注射输送设备10固定的底座22。

扁平件30将多个蛋1保持在基本直立的位置中。扁平件30可以配置为提供对蛋1的预定区域的外部访问。每个蛋1都可以由扁平件30保持以使得当注射输送设备10朝向装置的底座22前进时，其相应的端部相对于对应的一个注射输送设备10正确的对准。然而，胚蛋注射设备可以对以各种取向定向的蛋进行注射。本发明的各个方面不仅限于以所示方向对蛋进行注射的胚蛋注射设备。

多个注射输送设备10中的每一个可以分别具有相对的第一和第二端16和17。注射输送设备10可以具有第一伸出位置和第二缩回位置。在注射输送设备10伸出时，第一端16可以配置为接触并靠在外蛋壳的预定区域上。从该位置，注射输送设备10内的冲头11(见图1)可以在壳中形成小开口，从而允许注射针12(见图1)穿过其中插入以将一种或多种物质输送到蛋1中和/或从其中移除材料。当不注射时，注射输送设备10可以缩回以停在蛋1和固定的底座22上方的预定距离处。备选地，底座22可以纵向可滑动地移动(例如，输送器)，以相对于注射输送设备10将蛋1定位在合适的位置中。

每个注射输送设备10可以配置成输送离散量的处理物质。即，流体输送系统100可以向注射输送设备10供应处理物质。流体输送系统100可以包括多个泵组件110。例如，一个泵组件110用于一个注射输送设备10(例如，十二个泵组件110用于十二个注射输送设备10)。泵组件110的上游侧可以通过流体通道120流体地耦联到流体贮存器114。泵组件110的下游侧可以流体地耦联到每个注射输送设备10的第二端17。流体输送系统100中的泵组件110可以布置在与流体贮存器114流体连通的歧管中。泵组件110可以用于通过注射输送设备10从流体贮存器114泵送处理物质。

本发明的实施方案不限于单个流体输送系统100的所示配置。例如，多于一个流体贮存器114可以用于每个注射装置20。在这点上，多个流体输送系统100可以实施成提供多于一种的处理物质。在一些情况下，每个泵组件110可以用于将多于一种的处理物质输送到注射输送设备10。泵组件110的实例的更多细节在下文中参照图3至图10示出和描述。

现在参考图3，示出了根据本发明一个方面的当前披露的流体输送系统100的一部分的平面图，其示出了包括薄膜阀和泵的泵组件110的示例性布置。作为实例，图3示出了四个泵组件110(例如，泵组件110a、110b、110c、110d)。

泵组件110可以有利地与注射输送设备10一起使用。每个泵组件110可以包括将一组薄膜阀/泵互连的流体通道122。例如，在泵组件110中，流体通道122可以按顺序将输入阀132、隔膜泵134和出口阀142互连。

在每个泵组件110中，输入阀132可以用于将流体通道120从流体贮存器114流体地耦联到流体通道122的第一端。以这种方式，流体贮存器114可以对泵组件110进行供应。出口端口144可以设置在泵组件110的流体通道122的第二端，其中输入阀132、隔膜泵134和出口阀142可以布置在流体通道122的第一端和第二端之间。每个泵组件110的出口端口144可以流体地耦联到注射输送设备10之一的第二端17，泵组件110可以最佳地配置成用于泵送流体，例如如本文中提供的一种或多种用于注射到蛋中的流体。

在一些实施方案中，每个泵组件110的流体路径如下。流体通道120供应输入阀132的入口，输入阀132的出口通过流体通道122供应隔膜泵134的入口/出口135，隔膜泵134的入口/出口135通过流体通道122供应出口阀142的入口，出口阀142的出口通过流体通道122供应出口端口144。

在每个泵组件110中，隔膜泵134通常(尽管不一定)是阀/泵中的较大者。即，隔膜泵134用于计量出精确体积的处理物质。因此，隔膜泵134的尺寸设计成用于计量出所选择的精确体积的处理物质。在一些实施方案中，隔膜泵134配置成分配精确到±5％内的所选择的精确体积的处理物质。在一个实例中，隔膜泵134设计成精确地分配约50μl的处理物质的剂量。也可想到大于和小于约50μl的实例的各种其它剂量体积。在一些实施方案中，可以通过隔膜泵134精确地测量剂量到±10％内。

此外，隔膜泵134可以包括用于减少或完全防止隔膜粘附到相邻表面的某些特征。当例如系统长时间闲置时(例如整夜)，这种粘附是可能的。还可以包括被配置为减少或完全防止在隔膜和相邻表面之间捕集液体的其它特征。这些特征的某些实施方案在下文中参照图11至图27示出和描述。

现在参考图4至图9，示出了根据本发明一个方面的泵组件110的实例和从其分配处理物质的过程的侧视横截面图。泵组件110可以包括通过例如一个或多个间隔件154保持分开一定距离从而在其间限定腔室的第一面板(或基底)150和第二面板(或基底)152。第一面板150、第二面板152和间隔件154可以由例如金属、聚合物、复合材料或类似材料形成。

第一面板150可在其中限定流体通道122，流体通道122可以如图所示地配置，或者可以采取任何其他合适的构造。流体通道122可以配置成从流体贮存器114接收流体处理物质，其中流体贮存器114经由流体通道120耦联到第一面板150。流体贮存器114可以供应例如待注射到蛋中的处理物质流体180。

弹性薄膜层156可以设置在第一面板150和第二面板152之间的腔室中。弹性薄膜层156通常是柔性的和/或可伸展的。弹性薄膜层156可以是例如硅酮弹性体材料或氟橡胶材料，例如Dyneon^TM牌含氟聚合物。弹性薄膜层156也可以是任何其它合适的材料。在一些实施方案中，弹性薄膜层156限定了输入阀132、隔膜泵134和出口阀142。此外，利用弹性薄膜层156，隔膜泵134可以形成为合适尺寸以计量出精确量的待注射到蛋(未示出)中的处理物质流体180。更具体地，隔膜泵134可以包括隔膜136(形成在弹性薄膜层156中)，其尺寸和变形量可以特别设计以计量出精确量的处理物质流体180(例如约50μl)。隔膜136和隔膜泵134的实例的更多细节在下文中参照图10A至图17示出和描述。此外，输入阀132和出口阀142的实例的更多细节在下文中参考图18A至图22示出和描述。

弹性薄膜层156被表示为一体式单元，其中输入阀132、隔膜泵134和出口阀142中的每一个都互相连接，而在其他实施方案中，一个或多个相应部分可以不连接。此外，隔膜泵134的入口/出口135被限定在第一面板150中。另外，出口阀142的出口端口144被限定在第一面板150中。隔膜阀134的入口/出口135和/或出口阀142的出口端口144可以可选地和第一面板150无关。

在一些实施方案中，弹性薄膜层156充当用于打开和关闭薄膜阀/泵的弹性薄膜；特别是用于打开和关闭输入阀132、隔膜泵134和出口阀142。即，弹性薄膜层156可以与限定在第一面板150中的流体通道122连通，用于引导流体流过其中。弹性薄膜层156还可以配置成允许流体通过流体通道122选择性地流过输入阀132、隔膜泵134和出口阀142。

弹性薄膜层156可以配置为提供离散的压力/真空室，用于控制流体流过输入阀132、隔膜泵134和出口阀142。例如，压力/真空室162设置为控制输入阀132，压力/真空室164设置为控制隔膜泵134，压力/真空室166设置为控制出口阀142。

第二面板152可以配置成用于向输入阀132、隔膜泵134和出口阀142中的每一个供应压力/真空源。例如，压力/真空源172可以供应输入阀132的压力/真空室162，压力/真空源174可以供应隔膜泵134的压力/真空室164，压力/真空源176可以供应出口阀142的压力/真空室166。压力/真空源172、174、176可以是单独控制的，并且可以是任何期望的压力/真空源，包括高、低或真空压力。例如，压力/真空源172、174、176可以能提供从约30磅/平方英寸至约300磅/平方英寸。关于真空压力，压力/真空源172、174、176在一个实例中可以能提供从大约300毫巴至大约950毫巴的真空，或者在另一个实例中能提供从大约600毫巴至大约700毫巴的真空。然而，在某些其他实施方案中，压力/真空源可以能提供更高或更低的压力。

在一些实施方案中，压力/真空源172、174、176是用于致动输入阀132、隔膜泵134和出口阀142的机构。“致动”意味着使弹性薄膜层156变形以打开和/或关闭输入阀132、隔膜泵134和/或出口阀142。

在操作中，使用选择阀130作为实例，当压力源170提供正压力时，选择阀130的弹性薄膜层156可以被压力压靠在第一面板150的表面上，从而阻止液体流过其入口和出口。在这样做时，选择阀130关闭。相反，当压力源170提供真空压力时，选择阀130的弹性薄膜层156可以变形远离第一面板150的表面(即，朝向第二面板152)。因此，可以在弹性薄膜层156和第一面板150的表面之间产生空隙或空间，液体可流过该空隙或空间。在一些实施方案中，液体可以是处理物质流体180。在这样做时，选择阀130打开。输入阀132、隔膜阀134和出口阀142以相同的方式操作。

现在再次参考图4至图10，从泵组件110分配处理物质流体180的过程总结如下。现在参考图4，利用相应的压力/真空源172、174、176，输入阀132关闭，隔膜泵134关闭，出口阀142关闭。在这样做时，不允许处理物质流体180从流体贮存器114流入泵组件110中。

现在参考图5，利用相应的压力源172、174、176，输入阀132打开，隔膜泵134关闭，出口阀142关闭。在这样做时，输入阀132准备接收处理物质流体180。

现在参考图6，利用相应的压力源172、174、176，输入阀132打开，隔膜泵134打开，出口阀142关闭。在这样做时，处理物质流体180可以从流体贮存器114流出并进入输入阀132和隔膜泵134，但不进入出口阀142。即，在该步骤中，精确量的处理物质流体180可以被吸入隔膜泵134中。

现在参考图7，利用相应的压力源172、174、176，输入阀132关闭，隔膜泵134打开，出口阀142关闭。在这样做时，精确量的处理物质流体180停留在隔膜泵134中，在一些实施方案中准备将处理流体180分配并注入到蛋(未示出)中。

现在参考图8，利用相应的压力源172、174、176，输入阀132关闭，隔膜泵134打开，出口阀142打开准备从泵组件110分配处理物质流体180。

现在参考图9，利用相应的压力源172、174、176，输入阀132关闭，隔膜泵134关闭，出口阀142打开。在这样做时，精确量的处理物质流体180被推出隔膜阀134，通过出口阀142并从出口端口144流出，如图所示。

还要注意，在一些实施方案中，可以采用单独的选择阀。具有该附加选择阀的系统的操作例如在题为“Fluid Delivery System，and Associated Apparatus and Method”的公开号为2014/0014040的美国专利申请中被更详细地描述，其公开内容通过引用方式整体并入本文。

此外，隔膜泵134的隔膜136可以设计成用于计量出精确量的处理物质流体180。现在参考图10A和图10B，示出了泵组件110的隔膜泵134的侧视横截面图，其分别处于松弛状态和致动状态。弹性薄膜层156包括围绕隔膜136的周边的连接部分137。在一些实施方案中，隔膜136的厚度大于连接部分137的厚度。因此，在隔膜泵134和连接部分137的拓扑结构中可能有“台阶”。在某些其它实施方案中，连接部分137可以是逐渐变细的，如此进入隔膜136，产生平滑的过渡而不是“台阶”。

隔膜136可以具有面向第一面板150的第一表面138和面向第二面板152的第二表面139。现在参考图10A，当没有压力或正压力施加到压力/真空室164时，隔膜泵134可以关闭，因为隔膜136松弛抵靠在第一面板150上。即，隔膜136的第一表面138与第一面板150的表面接触，从而基本上阻止流体通过入口/出口135流入隔膜泵134。

在某些其它实施方案中，隔膜136的松弛状态可以是在打开位置中，以使得当没有压力施加到压力/真空室164时，隔膜泵134可以处于打开状态中。还可以通过在压力/真空室中施加真空来帮助将隔膜136配置在该打开位置。在该实施方案中，可能需要在压力/真空室中的正压力来将隔膜移动到关闭位置。

当输入阀132和出口阀142被致动或打开时(参见图5和图9)，它们的变形在自由空间中可以大致呈圆顶形状。使用这种类型的变形，变形量和变形的几何形状可能从一个致动到下一个致动稍微变化。因此，不期望将自由空间中的这种圆顶形变形用于隔膜泵134的，隔膜泵134被设计成分配精确量的处理物质流体180。替代地，隔膜泵134被设计成在被致动时提供可重复的且可靠的变形。现在参考图10B，当真空压力被施加到压力/真空室164时，因为隔膜136被拉动远离第一面板150并被拉向第二面板152，所以隔膜泵134打开。在这种状态下，液体可以通过入口/出口135吸入并充满隔膜136和第一面板150之间的空间或空隙。在一些实施方案中，隔膜136的第二表面139被拉动从而与第二面板152的表面接触。允许隔膜136被平直地拉靠在第二面板152上而没有偏斜，因为较薄的连接部分137伸展。由于隔膜136被平直地拉靠在第二面板152的表面上，所以变形量和变形的几何形状从一个致动到下一致动基本上相同，从而关于分配期望的精确体积的处理物质流体180确保了可靠性和可重复性。在一个实例中，包括隔膜136的隔膜泵134设计为用于可靠地且可重复地分配约50μl±5％的处理物质流体180。

然而，在某些其他实施方案中，隔膜136被拉动远离第一面板150并被拉向第二面板152，但是不接触第二面板152。在这些实施方案中，连接部分可以配置成使得可以可靠且可重复地测量和/或分配流体而不需要隔膜136接触第二面板152。在这样的实施方案中，隔膜136可以配置为保持基本上平的(例如，通过用更厚的材料或者与连接部分137完全不同的材料制造隔膜136)，或者可选地，可以配置为锥形的，以使得隔膜136的某些部分比其他部分厚。

此外，与第一面板150接触的隔膜136的面积越大，在长时间闲置时(例如，整夜)粘附或粘贴到第一面板150的风险越高。因此，可以在隔膜136的第一表面138中设计某些特征，以减少或完全防止隔膜136粘附到第一面板150。

另外，与第一面板150接触的隔膜136的面积越大，液体被捕集在隔膜136的第一表面138和第一面板150的表面之间而不被推出入口/出口135的风险越高，从而潜在地导致被分配的流体(例如，处理物质流体180)的体积不足。因此，可以在隔膜136的第一表面138中设计某些特征，用于减少或完全防止液体被捕集在隔膜136和第一面板150之间。包括用于防止隔膜136粘附到第一面板150的特征和用于防止流体被捕集在隔膜136和第一面板150之间的特征的隔膜136的实例的更多细节在下文中参考图12至图18示出和描述。

现在参考图11，示出了隔膜泵134的隔膜136的实例的透视图，其示出了在其上图案化的某些特征。注意，为了阐明用于防止隔膜136粘附到第一面板150的特征和用于防止流体被捕集在隔膜136和第一面板150之间的特征，特征也可以从隔膜136扩展到前面讨论的连接部分137。在一些实施方案中，多个支座1210可以设置在隔膜136(和/或连接部分137)的第一表面138上。支座1210是被设计成通过防止整个第一表面138与第一面板150接触而防止隔膜136的第一表面138粘附到第一面板150的特征，同时其不干扰隔膜泵134的操作。在一些实施方案中，多个支座1210的形状可以是大体圆锥形的，从而进一步将隔膜136(和/或连接部分137)的第一表面138与第一面板150接触的表面积减到最小。圆锥形的形状也可以有助于制造工艺。另外，锥形构造还可以将当流体进入隔膜泵134时由支座1210移动位置的体积中出现制造变化的可能性减到最小。根据本发明多个方面的一个支座的示例性细节在图14中示出。尽管这里所示的支座是圆锥形的，但是应当理解，支座可以是圆柱形、半球形或任何其它突起形状。多个支座1210可以以期望的任何方式分布在隔膜136的第一表面138上，包括例如随机分散、根据图案分散等。

此外，在一些实施方案中，流体释放装置1212可以设置在隔膜泵134的第一表面138(和/或连接部分137)上。流体释放装置1212包括例如以雪花状图案布置的多个流体通道。然而，本领域技术人员应该理解，也可以采用其它图案。在该实例中，雪花图案具有三排分支，但是某些其他实施方案可以增加或减少分支的排。根据上述讨论，支座1210可以位于流体释放装置1212的分支之间的空间中。

流体释放装置1212设计成防止液体被捕集在隔膜136和第一面板150之间，同时不干扰隔膜泵134的操作。即，当隔膜泵134关闭并且隔膜136的第一表面138变平靠在第一面板150的表面上时，流体释放装置1212可以提供朝向入口/出口135的流动路径，而流体释放装置1212的雪花图案的中心基本上与入口/出口135对准。

流体释放装置1212的另一个好处是它还可以帮助防止隔膜136的第一表面138粘附到第一面板150。即，流体释放装置1212的存在减少了与第一面板150接触的表面积的量。因此，在一些实施方案中，隔膜136可以仅包括支座1210，而省略流体释放装置1212。在某些另外的实施方案中，隔膜136可以仅包括流体释放装置1212，而省略支座1210。

现在参考图12、图13、图14、图15、图16和图17，提供了表示隔膜136和隔膜泵134的更多细节的各种视图。即，图12是根据本发明一些实施方案的包括图11中所示的隔膜136的隔膜泵134的平面图。图13是根据本发明一些实施方案的沿着图12的线A-A截取的隔膜泵134的截面图。图14是根据本发明一些实施方案的图11中所示的隔膜136的平面图和侧视图，示出了支座1210和其上图案化的流体释放装置1212的更多细节，图14还示出了根据本发明一些实施方案的支座1210之一的细节C。图15是根据本发明一些实施方案的图14的细节B的放大图，示出了流体释放装置1212的更多细节。图16是根据本发明一些实施方案的沿图14的线E-E截取的隔膜136的流体释放装置1212的一部分的横截面图。图17是根据本发明一些实施方案的图15的流体释放装置1212的细节F的放大图。

在图11至图17所示的隔膜泵134和隔膜136的实例中，隔膜泵134的直径为约0.366英寸，隔膜泵134和连接部分137的组合直径为约0.453英寸，隔膜泵134的厚度为约0.024英寸，连接部分137的厚度为约0.012英寸。当然，这些示例性尺寸仅仅是示例性的，并且不应被解释为对本文所提供的发明的任何种类的限制。

现在参考图18A、图18B、图18C、图19和图20，示出了泵组件110的输入阀132和/或出口阀142的一个实例的各种视图。即，图18A是输入阀132和/或出口阀142的实例的透视图。图18B是图18A中所示的输入阀132和/或出口阀142的实例的平面图。图18C是图18A中所示的输入阀132和/或出口阀142的实例的侧视图。图19是沿着图18C的线A-A截取的输入阀132和/或出口阀142的实例的横截面图，在该视图中，输入阀132和/或出口阀142处于打开状态。图20是沿着图18B的线B-B截取的输入阀132和/或出口阀142的横截面图，在该视图中，输入阀132和/或出口阀142处于变形状态。

在图18A、图18B、图18C、图19和图20所示的例子中，输入阀132和/或出口阀142的变形部分具有约0.012英寸的宽度和约0.157英寸的长度。当然，这些示例性尺寸仅仅是示例性的，并且不应被解释为对本文所提供的发明的任何种类的限制。

在流体输送系统中，不良流动特性是不期望的。例如，不良流动特性可能允许来自例如沿着流体流动路径流动的处理流体180的蛋白质的积累，这可能导致细菌的生长和药物的功效降低。即，沿着具有锐角的流动路径的位置是产生例如会捕集和积累蛋白质的不良流动特性的潜在位置。例如，流动路径中的90度拐弯或具有正方形或矩形横截面的流动路径具有捕集和积累蛋白质的潜力。在当前披露的流体输送系统100中，可以用圆滑弯曲来代替尖锐的弯曲(例如，90度弯曲)，以便提供优化的流动特性。这种圆滑弯曲的实例在下文中参照图21至图26示出和描述。

现在参考图21，表示一个泵组件110的一部分的平面图，其示出了其中的流体路径的更多细节，其中流体路径具有优化的流动特性。在泵组件110中，如果流体通道120和/或122被认为是水平流动路径，则例如输入阀132、隔膜泵134和出口阀142的入口和出口可以被认为是垂直流动路径。作为实例，图21示出了沿着流体通道122存在的多个垂直流动路径2210。

现在参考图22，表示沿着图21的线A-A截取的垂直流动路径2210的实例的横截面图。在该实例中，垂直流动路径2210是锥形的。即，如果流动方向是从入口2212朝向出口2214，则入口2212的直径可以小于出口2214的直径。在一些实施方案中，优选的锥角是14度。因此，防止了垂直的壁之间的压力分布的突然转变。具体地说，垂直流动路径中的边界层被最小化，从而使压力分布的梯度最小化，从而使可能悬浮在流体中的物体(例如活细胞)上的拉伸、压缩和/或扭转应力最小化。此外，入口2212具有圆滑边缘而不是尖锐边缘。该圆滑边缘进一步使压力梯度最小化，以及减小通过系统的压降并提高泵效率。使可能悬浮在流体中的物体上的应力最小化对于某些应用可能是重要的，在所述应用中，例如活细胞在被泵送通过系统时需要保持活性且不被损害。在一些示例性的实施方案中，圆滑边缘可以具有约0.004英寸的半径。

再次参考图21，流体通道122可以具有圆滑弯曲2220而不是尖锐弯曲。此外，流体通道120和/或122可以在其横截面中包括圆滑边缘，其更多细节在图23中示出。现在参考图23，示出了一个泵组件110的一部分的剖开透视图，其详细示出了流体通道120和122的附加特征。即，图23示出了流体通道122中的圆滑弯曲2220，其可以具有例如约0.110英寸的外半径和约0.047英寸的内半径。

图23还表示流体通道122也可以包括横截面圆滑的弯曲2222。类似地，流体通道120可以包括横截面圆滑的弯曲2224。在一些实施方案中，横截面圆滑的弯曲可以具有约0.030英寸的半径。现在参考图24，示出了具有优化的流动特性的泵组件110的入口端口2500的实例的侧视横截面图。入口端口2500包括供应流体通道2512的集水槽2510，入口端口2500的下边缘包括圆滑边缘2514。此外，供给流体通道2512的集水槽2510的出口具有圆滑边缘2516。

现在参考图25和图26，示出了具有优化的流动特性的泵组件110的入口/出口的另一个实例的侧视横截面图。图25示出了沿着流体通道122布置的入口/出口2600。在该实例中，入口/出口2600是锥形的。即，如果流动方向是从入口2610朝向出口2612，则入口2610的直径可以小于出口2612的直径。因此，从流体流的中心至流体流的外边缘的压力梯度可以最小化，从而使可能悬浮在流体中的物体(例如活细胞)上的拉伸、压缩和扭转应力最小化。此外，入口2610还可以包括圆滑边缘或倾斜边缘而非尖锐边缘，进一步减小从流体流的中心至流体流的外边缘的压力梯度，并且还提高泵效率。

图26示出了沿着流体通道122布置的入口/出口2700。在该实例中，入口/出口2700再次成锥形。即，如果流动方向是从入口2710朝向出口2712，则入口2710的直径小于出口2712的直径。因此，从流体流的中心至流体流的外边缘的压力梯度可以被最小化，从而使可能悬浮在流体中的物体(例如活细胞)上的拉伸、压缩和扭转应力最小化。此外，入口2710还可以包括圆滑边缘或倾斜边缘而不是尖锐边缘，进一步减小从流体流的中心至流体流的外边缘的压力梯度，并且还提高泵效率。出口2712可以提供耦联特征2714，其设计成与例如注射输送设备10的第二端17配合。在该实例中，出口2712也可以具有圆滑边缘或倾斜边缘而不是尖锐边缘。

现在参考图27，其是隔膜阀134的出口流动路径的绘图2800，示出了流速流线的实例。即，绘图2800示出了流速流线2810。

遵循长期的专利法惯例，当在本申请(包括权利要求)中使用术语“一”、“一个”和“该”时，这些术语是指“一个或多个”。因此，例如，对“主体”的提及包括多个主体，除非上下文清楚地表明相反的意思(例如，多个主体)等等。

在整个说明书和权利要求书中，除非上下文另有要求，否则术语“包括”以非排他的意义使用。同样，术语“包含”及其语法变体应是非限制性的，以使得列表中的项目的列举不排除可以替换或添加到所列出的项目的其他类似项目。

为了本说明书和所附权利要求的目的，除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的表示量、尺寸、尺度、比例、形状、公式、参数、百分比、参数、数量、特性的所有数字和其他数值应理解为在所有情况下由术语“约”修饰，即使术语“约”可能未明确地与值、量或范围一起出现。因此，除非相反地指出，否则在下面的说明书和所附权利要求中阐述的数值参数不是并且也不必是精确的，而是可以是依照要求近似的和/或更大或更小，其反映了公差、转换因子、四舍五入、测量误差等等，以及本领域技术人员已知的其它因素，这取决于通过目前披露的主题所寻求获得的期望性质。例如，当提及值时，术语“约”在一些实施方案中可以意味着相对于具体量包括±100％的变化，在一些实施方案中可以意味着相对于具体量包括±50％的变化，在一些实施方案中可以意味着相对于具体量包括±20％的变化，在一些实施方案中可以意味着相对于具体量包括±10％的变化，在一些实施方案中可以意味着相对于具体量包括±5％的变化，在一些实施方案中可以意味着相对于具体量包括±1％的变化，在一些实施方案中可以意味着相对于具体量包括±0.5％的变化，在一些实施方案中可以意味着相对于具体量包括±0.1％的变化，只要这些变化适于进行所披露的方法或利用所披露的组合。

此外，当结合一个或多个数字或数字范围使用时，术语“约”应当被理解为是指所有这样的数字，包括范围中的所有数字，并且通过将边界延伸到所阐述的数值之上和之下来改变该范围。通过端点列举的数值范围包括所有数字，例如包含在该范围内的全部整数，包括其分数，(例如，1至5的列举包括1、2、3、4和5，以及其分数例如1.5、2.25、3.75、4.1等等)和该范围内的任何范围。

虽然为了清楚理解的目的，已经通过说明和实例相当详细地描述了前述主题，但是本领域技术人员应该理解，可以在所附权利要求的范围内实施某些改变和修改。

Claims (23)

1.一种流体输送系统，包括多个泵组件，所述泵组件包括通过流体通道互连的薄膜泵和多个薄膜阀，其中所述薄膜泵和多个薄膜阀包括隔膜，该隔膜配置成处于打开和关闭位置中，用于从流体贮存器计量出并分配预定量的流体处理物质，所述流体贮存器通过所述流体通道流体地连接到所述泵组件，并且进一步地，其中所述薄膜泵和多个薄膜阀包括压力/真空室和弹性薄膜层，所述弹性薄膜层具有用于与所述压力/真空室的第一基底至少部分接触的底侧，其中所述弹性薄膜层包括设置在所述底侧上的多个支座，其配置为用于防止与所述第一基底的完全接触。

2.根据权利要求1所述的流体输送系统，其中所述支座包括基端和终端，并且进一步地，其中所述基端耦联到所述弹性薄膜层底侧，并且所述支座从所述基端到所述终端逐渐变细，以使得所述终端相比于所述基端具有较小的横截面积。

3.根据权利要求2所述的流体输送系统，其中所述支座基本上是圆锥形或半球形的。

4.根据权利要求1所述的流体输送系统，其中所述隔膜还包括设置在所述弹性薄膜层的所述底侧上的流体释放装置。

5.根据权利要求4所述的流体输送系统，其中所述流体释放装置配置为雪花图案。

6.根据权利要求5所述的流体输送系统，其中所述雪花图案具有三个分支。

7.根据权利要求6所述的流体输送系统，其中所述支座在所述雪花图案的三个分支之间被图案化。

8.根据权利要求1所述的流体输送系统，其中所述隔膜的所述弹性薄膜层包括被连接部分包围的隔膜部分，所述连接部分的厚度小于所述隔膜部分的厚度，其中所述隔膜部分配置成在打开状态期间接触压力/真空室的第二基底，从而产生计量量一致的被分配的流体处理物质。

9.根据权利要求8所述的流体输送系统，其中所述连接部分在厚度上从外周上的较小厚度到连接部分耦联到所述隔膜部分的点处的较大厚度逐渐变细。

10.根据权利要求8所述的流体输送系统，其中所述连接部分的厚度基本上是均匀的，从而在所述连接部分和较厚的隔膜部分之间形成台阶。

11.根据权利要求1所述的流体输送系统，其中所述流体通道包括优化的流动特性，所述优化的流动特性包括所述流体通道内的圆滑弯曲和圆滑截面。

12.根据权利要求1所述的流体输送系统，还包括沿着所述流体通道的入口/出口端口，其中所述入口/出口端口是逐渐变细的，以使得进入所述端口的流体流过入口，入口的直径小于出口的直径，从而使边界层最小化，并使从流体流的中心至流体流的外边缘的压力梯度最小化。

13.根据权利要求12所述的流体输送系统，其中所述入口/出口端口还包括围绕入口周边的圆滑部。

14.一种包括多个泵组件的流体输送系统，所述泵组件包括通过流体通道互连的薄膜泵和多个薄膜阀，所述流体通道经由入口/出口端口耦联到所述薄膜泵和多个薄膜阀，其中：

所述流体通道包括所述流体通道内的圆滑弯曲和圆滑横截面；

所述入口/出口端口是逐渐变细的，以使得进入所述端口的流体流过入口，入口的直径小于出口的直径，从而使边界层最小化，并使从流体流的中心至流体流的外边缘的压力梯度最小化，并且所述入口还包括围绕周边的圆滑边缘；并且

所述薄膜泵和多个薄膜阀包括隔膜，该隔膜配置成处于打开和关闭位置中，用于从流体贮存器计量出并分配预定量的流体处理物质，所述流体贮存器通过所述流体通道流体地连接到所述泵组件，并且进一步地，其中所述隔膜包括压力/真空室和弹性薄膜层，所述弹性薄膜层具有用于与所述压力室的第一基底至少部分接触的底侧，其中所述弹性薄膜层包括设置在所述底侧上的多个支座，其配置为用于防止与所述第一基底的完全接触。

15.根据权利要求14所述的流体输送系统，其中所述支座包括基端和终端，并且进一步地，其中所述基端耦联到所述弹性薄膜层底侧，并且所述支座从所述基端到所述终端逐渐变细，以使得所述终端相比于所述基端具有较小的横截面积。

16.根据权利要求14所述的流体输送系统，其中所述支座基本上是圆锥形或半球形的。

17.根据权利要求14所述的流体输送系统，其中所述隔膜还包括设置在所述弹性薄膜层的所述底侧上的流体释放装置。

18.根据权利要求17所述的流体输送系统，其中所述流体释放装置配置为雪花图案。

19.根据权利要求18所述的流体输送系统，其中所述雪花图案具有三个分支。

20.根据权利要求19所述的流体输送系统，其中所述支座在所述雪花图案的三个分支之间被图案化。

21.根据权利要求14所述的流体输送系统，其中所述隔膜的所述弹性薄膜层包括被连接部分包围的隔膜部分，所述连接部分的厚度小于所述隔膜部分的厚度，其中所述隔膜部分配置成在打开状态期间接触压力室的第二基底，从而产生计量量一致的被分配的流体处理物质。

22.根据权利要求21所述的流体输送系统，其中所述连接部分在厚度上从外周上的较小厚度到连接部分耦联到所述隔膜部分的点处的较大厚度逐渐变细。

23.根据权利要求21所述的流体输送系统，其中所述连接部分的厚度基本上是均匀的，从而在所述连接部分和较厚的隔膜部分之间形成台阶。